Proč letadla používají petrolej (tryskové palivo)?

Dnes považujeme za samozřejmé, že proudová letadla spalují petrolej. Ale v počátcích letectví jezdila letadla na stejný benzín jako vaše auto. Proč se menu tak úplně změnilo? Tato historie není jen příběhem technologie paliv,-je to sága o bezpečnosti, výkonu a technických kompromisech-.

Část 1: Éra pístu (1903–1940) – krátká vláda benzínu
První let bratří Wrightů používal benzín. Všechna raná letadla používala pístové motory, podobné motorům automobilů, takže přirozenou volbou byl benzín.

Brzy se objevily problémy:

Klepání motoru (detonace): Ke zvýšení výkonu potřebovali piloti vyšší kompresní poměry, ale běžný benzín by se sám-vznítil a detonoval. To by mohlo snížit výkon nebo dokonce rozbít válce.

Vysoká těkavost: Benzín se snadno odpařuje při pokojové teplotě a vytváří hořlavé výpary. Během 1. a 2. světové války se mnoho letadel vznítilo nebo explodovalo na zemi během doplňování paliva kvůli statickým jiskrám.

Námraza karburátoru ve výšce: Vodní pára v nasávaném vzduchu by ve velké výšce zmrzla v karburátoru a zablokovala motor. Raní piloti někdy museli ručně kapat nemrznoucí směs do karburátoru.

Ve 30. letech 20. století bylo nalezeno řešení v podobě leteckého benzínu, známého také jako Avgas. Přidáním chemikálie zvané tetraethyl olovo do paliva se oktanové číslo zvýšilo ze 40 na 100/130 nebo ještě více. Toto nové palivo, Avgas, bylo použito k pohonu některých z nejznámějších letadel druhé světové války, včetně stíhačky P-51 Mustang a bombardéru B-29 Superfortress. Postupem času se však toxické účinky olova staly velkým problémem a bylo dosaženo limitů oktanového čísla, což přimělo inženýry k hledání alternativních řešení.

Část 2: Trysková revoluce (40. léta) – Benzín je odsouzen
Proudový motor se zrodil ve 40. letech (německý He 178, britský Gloster E.28/39). Jeho spalovací komora vyžadovala palivo, které by mohlo:

Vstřikujte pod vysokým tlakem a hořte stabilně.

Může snadno proudit, i když je opravdu, ale opravdu chladno - mluvíme o -50 stupních nebo -58 stupních F, což je druh teploty, kterou zažijete, když jste nahoře v cestovní výšce.

Namažte plunžr vysokotlakého palivového čerpadla-.

Benzín propadl ve všech třech testech.

Nemovitost Požadavek na benzínový proudový motor
Bod vzplanutí ~ -43 stupňů (-45 stupňů F) – Extrémně hořlavý > 38 stupňů (100 stupňů F) kvůli bezpečnosti
Nízká{0}}teplotní průtok Tuhne kolem -40 stupňů (-40 stupňů F) Musí proudit pod -50 stupňů (-58 stupňů F)
Mazání Velmi špatné (suché) Vyžaduje určité mazivo pro palivové čerpadlo
Ani nafta nebyla považována za dobrou volbu. Jedním z důvodů je, že je opravdu tlustý a snadno se nerozbije, což ztěžuje jeho použití v motorech. Také, když je zima, nafta ještě houstne a teče pomalu, trochu jako med. A aby toho nebylo málo, může za sebou zanechávat nepříjemné karbonové usazeniny, které mohou časem poškodit motor.

Inženýři obrátili svou pozornost na petrolej, který je často považován za perfektní střední cestu -, není příliš lehký jako benzín, není příliš těžký jako nafta.

Část 3: Triumf petroleje (1950–1960) – Stanovení standardu
Británie vedla cestu: Koncem 40. let de Havilland vyvinul vysoce čistý petrolej pro tryskové dopravní letadlo „Comet“ a pojmenoval jej Avtur (Aviation Turbine Fuel) . Když Kometa v roce 1952 poprvé vzlétla, spalovala petrolej.

Spojené státy zvolily k nalezení správného paliva přístup pokus-omyl. Americké letectvo nejprve používalo palivo se „širokým-řezem“ nazvané JP-1, které bylo podobné těžkému benzínu. Toto palivo však způsobilo mnoho problémů, včetně usazenin koksování a častého nebezpečí požáru v důsledku netěsností. Později, během korejské války, letoun F-86 Sabre používal JP-4, směs benzínu a petroleje. Zatímco JP-4 bylo méně pravděpodobné, že zamrzne, byl vysoce hořlavý, což vedlo k mnoha nehodám na zemi.

Konečné řešení:

Vojenské: JP-8 (převzato od 70. let 20. století) – v podstatě petrolej s malým množstvím anti-statických a protinámrazových přísad.

Pro letadla existují dva hlavní typy paliva: Jet A a Jet A-1. Jet A se používá v USA a má vysoký bod tuhnutí, zatímco Jet A-1 se používá v jiných zemích a zvládne opravdu nízké teploty, až -47 stupňů nebo -53 stupňů F. Postupem času se tyto dva druhy paliva staly standardem pro celý svět.

Každý rok spotřebujeme obrovské množství leteckého paliva - asi 300 miliard litrů. A získejte toto, téměř všechna proudová letadla, neuvěřitelných 99%, jezdí na paliva vyrobená z petroleje.

Část 4: Proč zvítězil petrolej – Technická revize
Když je bod vzplanutí paliva vysoký, nad 38 stupňů nebo 100 stupňů F, znamená to, že se nemůže vznítit z otevřeného plamene, když je při pokojové teplotě. To je opravdu důležité, protože to snižuje riziko požáru při manipulaci s palivem na zemi nebo při úniku během letu.

Nízký bod mrazu (< -47°C / -53°F): Remains fluid at typical intercontinental cruise altitudes (around -50°C / -58°F).

Tepelná stabilita: Nesnadno se rozkládá ani netvoří uhlíkové usazeniny v palivových -olejových výměnících tepla (provozujících nad 150 stupňů / 302 stupňů F), které by mohly ucpat přesné palivové trysky.

Příznivá hustota energie: Má asi o 12 % vyšší objemovou hustotu energie než benzín, což znamená delší dojezd.

Přiměřená mazivost: Poskytuje dostatečné množství mazání pro vysokotlaké{0}}pístky palivového čerpadla (ačkoli moderní ultra-nízko{2}}sírový petrolej někdy vyžaduje přidané prostředky na zlepšení mazivosti).

Část 5: Budoucnost – jak dlouho bude petrolej dominovat?
Challenger 1: Sustainable Aviation Fuel (SAF)
Udržitelné letecké palivo neboli SAF se vyrábí z věcí, jako jsou odpadní oleje, odpadky z měst nebo zbytky z farem. Je velmi podobný petroleji, který získáváme z fosilií, takže ho můžeme smíchat s tímto palivem právě teď - až půl na půl. Velkým plánem je nemít do roku 2050 vůbec žádné uhlíkové emise.

Challenger 2: kapalný vodík (LH₂)
Airbus plánuje do roku 2035 představit letadla na vodíkový pohon-. Vodík má nulové emise uhlíku a velmi vysokou gravimetrickou hustotu energie. Jeho objemová hustota je však extrémně nízká, což vyžaduje velké, těžké kryogenní nádrže. Výzvy, jako je vodíková křehkost a nebezpečí výbuchu, přetrvávají.

Challenger 3: Baterie-Elektrický
Vhodné pouze pro malá regionální letadla létající do 500 km (310 mil). Hustota energie baterie je asi 50krát nižší než u petroleje, což znemožňuje velké-trysky na dlouhé vzdálenosti.

Po dlouhou dobu, pravděpodobně až do roku 2050, budou velká letadla stále používat petrolej nebo podobné palivo vyrobené v laboratoři. Tento typ paliva existuje již nějakou dobu, ale je opravdu dobrý v tom, co dělá, a je těžké najít něco lepšího. Je to jako standardní jazyk létání, starý, ale stále nejlepší volba.

Epilog: Výmluvný detail
Frank Whittle, britský inženýr, patentoval proudový motor již v roce 1930. Zpočátku používal ve svých testovacích zařízeních benzín, ale nefungovalo to tak, jak bylo plánováno. Motor by silně vibroval a plechovky s plamenem by se spálily. Frustrovaný Whittle se rozhodl zkusit petrolej - a byla to hra-změna. Motor se hned rozběhl hladce. Od té doby bylo jasné, že benzín není pro velká letadla tou nejlepší volbou. Bylo to prostě příliš těkavé, příliš rychlé a příliš nebezpečné. Na druhou stranu se petrolej ukázal jako spolehlivý partner pro létání. Díky pomalému a stabilnímu tempu se perfektně hodil na oblohu.